Karakterisasi Sifat Perlindungan Keausan Pelumas SAE 10W-30 dengan Penambahan Nano Aditif MoS2 Sebagai Pemodifikasi Gesekan
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Minyak dan gas bumi merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui
sehingga cadanganya dari tahun ke tahun akan semakin menipis. Di sisi lain,
migas merupakan sumber energi yang paling banyak digunakan daripada sumber
energi lainya, sehingga perlu adanya inovasi agar pemanfaatan migas dapat
berlangsung dalam kurun waktu yang lebih lama.
Gesekan dan keausan merupakan faktor yang dominan terhadap efisiensi
energi dan ketahanan mekanikal suatu peralatan. Pada komponen mesin, gesekan
terutama berasal dari rangkaian piston (59,5%), bantalan (8,8%), mekanisme
katup (23,7%), dan lain-lain (7,9%). Efisiensi energi yang bisa sumbangkan mesin
adalah 8-10% secara teori dan 3-4% disumbangkan oleh minyak lumas mesin.
Teknologi nano sudah sejak lama ada dan digunakan, seperti penggunaan
carbon black dengan ukuran sangat kecil (bisa sampai ukuran nano meter) sebagai
bahan aditif dalam polymer adhesive yang digunakan untuk ban kendaraan,
dibidang kesehatan telah lama menggunakan vaksin, dan lain sebagainya. Aplikasi
di bidang pelumas saat ini diantaranya adalah digunakan sebagai aditif, terutama
berfungsi sebagai pemodifikasi gesekan, perlindungan keausan dan sebagai
pemindah panas (heat transfer) yang efektif.
Ada banyak jenis partikel nano yang sudah dikembangkan, antara lain dari
logam oksida, logam stabil (Au, Cu), karbon (carbon nanotube), intan, keramik,
grafit, dan lain-lain. Pada minyak lumas mesin, partikel nano aditif ditambahkan
sehingga akan membentuk lapisan film yang pada permukaan logam komponen
mesin. Partikel nano aditif bekerja berdasarkan prinsip pelumas padat (solid
lubricant) yang berasal dari organik dan inorganik, yang biasa terbuat dari logam
dan keramik.Keuntungan partikel nano adalah ukuranya yang sangat kecil
sehingga mampu masuk ke celah-celah terkecil sekalipun, efisiensi pada suhu
ruangan, dan adanya kemungkinan kombinasi berbagai material yang ada.
Universitas Sumatera Utara
Penelitian ini penting karena begitu banyak manfaat yang diperoleh
dengan pengaplikasian teknologi nano ke dalam minyak lumas mesin antara lain
adalah memulihkan kondisi mesin, menghaluskan suara mesin, memperpanjang
usia mesin, memperbaiki kinerja mesin, meningkatkan ketahanan mesin.
Dampaknya adalah terhadap penurunan konsumsi bahan bakar yang berhubungan
dengan penghematan energi dan penurunan emisi yang berhubungan dengan
lingkungan.Sementara itu, Indonesia merupakan negara konsumen bahan bakar
yang banyak untuk mesin khususnya mesin otomotif. Jika pengaplikasian
teknologi nano ke dalam minyak lumas mesin ini diterapkan dalam skala nasional,
maka negara kita juga akan sangat terbantu pada bidang ekonomi dan lingkungan.
PPPTMGB “LEMIGAS” membuka peluang kerjasama bagi mahasiswa
yang mau bergabung dalam penelitian pengaplikasian teknologi nano ke dalam
minyak lumas.Sebagai seorang mahasiswa jurusan Fisika Material, harus mampu
dan turut ambil bagian dalam mengembangakan keilmuan dan inovasi di bidang
material baik yang bersifat fundamental maupun terapan, khususnya berkaitan
dengan perkembangan material nano di Indonesia.
Penelitian mengenai pengaplikasian teknologi nano ke dalam pelumas
telah dilakukan oleh beberapa ilmuan.MukeshKumar Dubey dkk.(2013),
menggunakan PTFE (Polytetrafluoroethylene) sebagai solid lubricant yang
dicampurkan ke dalam minyak lumas dasar 150 N (Group II). Ukuran partikel 50
nm,150 nm,400 nm dan 12 µm dengan konsentrasi 4, 8 dan 12% berat. Hasil yang
diperoleh menunjukkan bahwa ukuran partikel yang memberi efek terbaik
berurutan adalah 50 nm, sub-mikro, dan mikro.
V Sirinivas dkk. (2014), dalam penelitian “Extreme Pressure Properties of
600 N Base Oil Dispersed With Molybdenum Disulphide Nano Particles”
melakukan perilaku ekstrim-tekanan 600 N minyak dasar yang tersebar dengan
partikel nano MoS 2 sebanyak 1% berat dari dan 1% volume untuk
polyisobutylenesuccinamide sebagai dispersant dan menggunakan base oil sebagai
fluida dasar. Hasil pengujian menunjukkan bahwa dengan penambahan partikel
nano MoS 2 dan polyisobutylene succinamide sifat tekanan ekstrim jauh lebih baik
dibandingkan dengan base oil.
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan uraian di atas, maka peneliti mencoba melakukan penelitian
yang berjudul karakterisasi sifat perlindungan keausan pelumas SAE 10W-30
dengan penambahan MoS 2 sebagai pemodifikasi gesekan.Penelitian ini berbeda
dengan penelitian sebelumnya.Perbedaanya adalah pada jenis minyak lumas
dasar, surfaktan, ukuran dan konsentrasi material pelumas yang digunakan. Dari
data dan analisis penelitian ini diharapkan akan bisa diaplikasikan dalam proses
formulasi minyak lumas yang digunakan untuk aplikasi tertentu.
1.2
Perumusan Masalah
Tuntutan terhadap pelumas yang berkualitas tinggi semakin meningkat dengan
kebijakan mengenai penghematan energi dan teknologi ramah lingkungan.Salah
satu karakteristik pelumas berkualitas tinggi adalah berkaitan dengan gesekan dan
perlindungan terhadap keausan.Semakin rendah koefisien gesekan dan semakin
baik perlindungan keausannya maka semakin berkualitas pelumasnya. Oleh
karena itu, penelitian ini fokus terhadap usaha menurunkan koefisien gesekan dan
meningkatkan perlindungan keausanya dengan cara menambah nano aditif MoS 2
pemodifikasi gesekan kedalam minyak lumas SAE 10W-30.
1.3
Batasan Masalah
Banyak cara yang dilakukan untuk meningkatkan kualitas pelumas, namun dalam
penelitian ini dapat dibatasi untuk sekedar mengetahui seberapa besar pengaruh
penambahan aditif MoS 2 kedalam pelumas SAE 10W-30 dapat menurunkan
koefisien gesekan dan meningkatkan perlindungan keausanyamelalui alat uji fourball dan HFRR.
1.4
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mendapatkan data jumlahoptimum penambahan aditif MoS 2 dan SDS
ke dalam pelumas SAE 10W-30
2. Mendapatkan data koefisien friksi dan perlindungan keausan pelumas
SAE10W-30 dengan penambahan nano aditif MoS 2 .
Universitas Sumatera Utara
3. Mempelajari perubahan gesekan yang terjadi pada pelumas sebelum
dan sesudah ditambahkan aditif MoS 2 .
1.5
Manfaat Penelitian
Manfaat darikeberhasilan penelitian ini adalah menghasilkan pelumas mesin
sepeda motor dengan SAE 10W-30 yang berkualitas tinggi, yang memiliki
koefisien gesek rendah dan baik sifat perlindungan keausanya. Sehingga akan
meningkatkan ketahanan mesin, memperbaiki kinerja mesin, memperpanjang usia
mesin, menghaluskan suara mesin dan memulihkan kondisi mesin. Dampaknya
adalah terhadap penurunan konsumsi bahan bakar yang berhubungan dengan
penghematan energi dan penurunan emisi yang berhubungan dengan lingkungan.
1.6
Sistematika Penulisan
Adapun sistematika yang digunakan penulis dalam penyusunan skripsi untuk
mempermudah dalam menalaahnya adalah sebagai berikut:
Bab 1 Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah,
manfaat penelitian dan sistematika penulisan.
Bab 2 Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang teori-teori dasar pelumas, base oil, aditif,
tribology, dan lain-lain.
Bab 3 Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan, proses formulasi, prosedur
penelitian, instrument uji, diagram alir.
Bab 4 Hasil dan Pembahasan
Bab ini berisi data dan pembahasan hasil uji menggunakan metode FourBall (ASTM D 4172), HFRR (ASTM D 6079).
Bab 5 Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisikan tentang kesimpulan dari hasil penelitian dan saran-saran
yang diperlukan untuk perbaikan dalam penelitian selanjutnya.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Minyak dan gas bumi merupakan sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui
sehingga cadanganya dari tahun ke tahun akan semakin menipis. Di sisi lain,
migas merupakan sumber energi yang paling banyak digunakan daripada sumber
energi lainya, sehingga perlu adanya inovasi agar pemanfaatan migas dapat
berlangsung dalam kurun waktu yang lebih lama.
Gesekan dan keausan merupakan faktor yang dominan terhadap efisiensi
energi dan ketahanan mekanikal suatu peralatan. Pada komponen mesin, gesekan
terutama berasal dari rangkaian piston (59,5%), bantalan (8,8%), mekanisme
katup (23,7%), dan lain-lain (7,9%). Efisiensi energi yang bisa sumbangkan mesin
adalah 8-10% secara teori dan 3-4% disumbangkan oleh minyak lumas mesin.
Teknologi nano sudah sejak lama ada dan digunakan, seperti penggunaan
carbon black dengan ukuran sangat kecil (bisa sampai ukuran nano meter) sebagai
bahan aditif dalam polymer adhesive yang digunakan untuk ban kendaraan,
dibidang kesehatan telah lama menggunakan vaksin, dan lain sebagainya. Aplikasi
di bidang pelumas saat ini diantaranya adalah digunakan sebagai aditif, terutama
berfungsi sebagai pemodifikasi gesekan, perlindungan keausan dan sebagai
pemindah panas (heat transfer) yang efektif.
Ada banyak jenis partikel nano yang sudah dikembangkan, antara lain dari
logam oksida, logam stabil (Au, Cu), karbon (carbon nanotube), intan, keramik,
grafit, dan lain-lain. Pada minyak lumas mesin, partikel nano aditif ditambahkan
sehingga akan membentuk lapisan film yang pada permukaan logam komponen
mesin. Partikel nano aditif bekerja berdasarkan prinsip pelumas padat (solid
lubricant) yang berasal dari organik dan inorganik, yang biasa terbuat dari logam
dan keramik.Keuntungan partikel nano adalah ukuranya yang sangat kecil
sehingga mampu masuk ke celah-celah terkecil sekalipun, efisiensi pada suhu
ruangan, dan adanya kemungkinan kombinasi berbagai material yang ada.
Universitas Sumatera Utara
Penelitian ini penting karena begitu banyak manfaat yang diperoleh
dengan pengaplikasian teknologi nano ke dalam minyak lumas mesin antara lain
adalah memulihkan kondisi mesin, menghaluskan suara mesin, memperpanjang
usia mesin, memperbaiki kinerja mesin, meningkatkan ketahanan mesin.
Dampaknya adalah terhadap penurunan konsumsi bahan bakar yang berhubungan
dengan penghematan energi dan penurunan emisi yang berhubungan dengan
lingkungan.Sementara itu, Indonesia merupakan negara konsumen bahan bakar
yang banyak untuk mesin khususnya mesin otomotif. Jika pengaplikasian
teknologi nano ke dalam minyak lumas mesin ini diterapkan dalam skala nasional,
maka negara kita juga akan sangat terbantu pada bidang ekonomi dan lingkungan.
PPPTMGB “LEMIGAS” membuka peluang kerjasama bagi mahasiswa
yang mau bergabung dalam penelitian pengaplikasian teknologi nano ke dalam
minyak lumas.Sebagai seorang mahasiswa jurusan Fisika Material, harus mampu
dan turut ambil bagian dalam mengembangakan keilmuan dan inovasi di bidang
material baik yang bersifat fundamental maupun terapan, khususnya berkaitan
dengan perkembangan material nano di Indonesia.
Penelitian mengenai pengaplikasian teknologi nano ke dalam pelumas
telah dilakukan oleh beberapa ilmuan.MukeshKumar Dubey dkk.(2013),
menggunakan PTFE (Polytetrafluoroethylene) sebagai solid lubricant yang
dicampurkan ke dalam minyak lumas dasar 150 N (Group II). Ukuran partikel 50
nm,150 nm,400 nm dan 12 µm dengan konsentrasi 4, 8 dan 12% berat. Hasil yang
diperoleh menunjukkan bahwa ukuran partikel yang memberi efek terbaik
berurutan adalah 50 nm, sub-mikro, dan mikro.
V Sirinivas dkk. (2014), dalam penelitian “Extreme Pressure Properties of
600 N Base Oil Dispersed With Molybdenum Disulphide Nano Particles”
melakukan perilaku ekstrim-tekanan 600 N minyak dasar yang tersebar dengan
partikel nano MoS 2 sebanyak 1% berat dari dan 1% volume untuk
polyisobutylenesuccinamide sebagai dispersant dan menggunakan base oil sebagai
fluida dasar. Hasil pengujian menunjukkan bahwa dengan penambahan partikel
nano MoS 2 dan polyisobutylene succinamide sifat tekanan ekstrim jauh lebih baik
dibandingkan dengan base oil.
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan uraian di atas, maka peneliti mencoba melakukan penelitian
yang berjudul karakterisasi sifat perlindungan keausan pelumas SAE 10W-30
dengan penambahan MoS 2 sebagai pemodifikasi gesekan.Penelitian ini berbeda
dengan penelitian sebelumnya.Perbedaanya adalah pada jenis minyak lumas
dasar, surfaktan, ukuran dan konsentrasi material pelumas yang digunakan. Dari
data dan analisis penelitian ini diharapkan akan bisa diaplikasikan dalam proses
formulasi minyak lumas yang digunakan untuk aplikasi tertentu.
1.2
Perumusan Masalah
Tuntutan terhadap pelumas yang berkualitas tinggi semakin meningkat dengan
kebijakan mengenai penghematan energi dan teknologi ramah lingkungan.Salah
satu karakteristik pelumas berkualitas tinggi adalah berkaitan dengan gesekan dan
perlindungan terhadap keausan.Semakin rendah koefisien gesekan dan semakin
baik perlindungan keausannya maka semakin berkualitas pelumasnya. Oleh
karena itu, penelitian ini fokus terhadap usaha menurunkan koefisien gesekan dan
meningkatkan perlindungan keausanya dengan cara menambah nano aditif MoS 2
pemodifikasi gesekan kedalam minyak lumas SAE 10W-30.
1.3
Batasan Masalah
Banyak cara yang dilakukan untuk meningkatkan kualitas pelumas, namun dalam
penelitian ini dapat dibatasi untuk sekedar mengetahui seberapa besar pengaruh
penambahan aditif MoS 2 kedalam pelumas SAE 10W-30 dapat menurunkan
koefisien gesekan dan meningkatkan perlindungan keausanyamelalui alat uji fourball dan HFRR.
1.4
Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Mendapatkan data jumlahoptimum penambahan aditif MoS 2 dan SDS
ke dalam pelumas SAE 10W-30
2. Mendapatkan data koefisien friksi dan perlindungan keausan pelumas
SAE10W-30 dengan penambahan nano aditif MoS 2 .
Universitas Sumatera Utara
3. Mempelajari perubahan gesekan yang terjadi pada pelumas sebelum
dan sesudah ditambahkan aditif MoS 2 .
1.5
Manfaat Penelitian
Manfaat darikeberhasilan penelitian ini adalah menghasilkan pelumas mesin
sepeda motor dengan SAE 10W-30 yang berkualitas tinggi, yang memiliki
koefisien gesek rendah dan baik sifat perlindungan keausanya. Sehingga akan
meningkatkan ketahanan mesin, memperbaiki kinerja mesin, memperpanjang usia
mesin, menghaluskan suara mesin dan memulihkan kondisi mesin. Dampaknya
adalah terhadap penurunan konsumsi bahan bakar yang berhubungan dengan
penghematan energi dan penurunan emisi yang berhubungan dengan lingkungan.
1.6
Sistematika Penulisan
Adapun sistematika yang digunakan penulis dalam penyusunan skripsi untuk
mempermudah dalam menalaahnya adalah sebagai berikut:
Bab 1 Pendahuluan
Bab ini mencakup latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah,
manfaat penelitian dan sistematika penulisan.
Bab 2 Tinjauan Pustaka
Bab ini membahas tentang teori-teori dasar pelumas, base oil, aditif,
tribology, dan lain-lain.
Bab 3 Metodologi Penelitian
Bab ini membahas tentang peralatan dan bahan, proses formulasi, prosedur
penelitian, instrument uji, diagram alir.
Bab 4 Hasil dan Pembahasan
Bab ini berisi data dan pembahasan hasil uji menggunakan metode FourBall (ASTM D 4172), HFRR (ASTM D 6079).
Bab 5 Kesimpulan dan Saran
Bab ini berisikan tentang kesimpulan dari hasil penelitian dan saran-saran
yang diperlukan untuk perbaikan dalam penelitian selanjutnya.
Universitas Sumatera Utara